基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤研究.pdf

1、隨著微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)、計(jì)算技術(shù)與傳感器技術(shù)的迅猛發(fā)展，集信息感知、信息處理與信息傳輸于一體的多學(xué)科交叉技術(shù)——無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)——成為國(guó)際上備受關(guān)注的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域。因其獨(dú)有的特點(diǎn)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)被廣泛應(yīng)用于國(guó)防軍事、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能家居與醫(yī)療護(hù)理等多個(gè)領(lǐng)域，被認(rèn)為是21世紀(jì)最有影響的21項(xiàng)技術(shù)之一和改變世界的10大技術(shù)之一。
　　移動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤作為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域之一，有著廣泛的前景，尤其在安全防衛(wèi)領(lǐng)域

2、發(fā)揮著重大作用。本文考慮無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模和資源受限的特點(diǎn)，針對(duì)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤，研究網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署、節(jié)點(diǎn)跟蹤調(diào)度與信息的實(shí)時(shí)匯報(bào)問(wèn)題，并通過(guò)仿真與實(shí)際系統(tǒng)驗(yàn)證算法的有效性。本文的主要貢獻(xiàn)有如下幾個(gè)方面:
　　1.針對(duì)靜態(tài)傳感器網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)部署后難以有效形成柵欄覆蓋的問(wèn)題，提出了利用移動(dòng)節(jié)點(diǎn)再部署以彌補(bǔ)靜態(tài)節(jié)點(diǎn)間漏洞，從而形成柵欄覆蓋。提出了加權(quán)柵欄圖的概念，將最小代價(jià)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為加權(quán)柵欄圖的最短路徑問(wèn)題;將最小能耗柵欄覆蓋構(gòu)建問(wèn)

3、題映射為最小成本二部分配問(wèn)題;在此基礎(chǔ)上，提出了有向柵欄覆蓋構(gòu)建算法以最小的代價(jià)部署和調(diào)度移動(dòng)節(jié)點(diǎn)與靜態(tài)節(jié)點(diǎn)形成柵欄覆蓋。理論分析和仿真結(jié)果驗(yàn)證了算法的有效性。
　　2.從實(shí)際角度出發(fā)，首次考慮節(jié)點(diǎn)位置誤差存在對(duì)柵欄覆蓋的影響。理論分析了節(jié)點(diǎn)位置誤差如何影響所需的真實(shí)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)目，并提出了最優(yōu)的遞進(jìn)式移動(dòng)節(jié)點(diǎn)部署算法指導(dǎo)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)彌補(bǔ)靜態(tài)節(jié)點(diǎn)間漏洞。此外，考慮位置誤差的影響，提出了容錯(cuò)加權(quán)柵欄圖，從圖論角度得到確保柵欄覆蓋構(gòu)建所需的

4、最少移動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)目。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了誤差的影響以及理論分析和算法的正確性。
　　3.針對(duì)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)目標(biāo)有效跟蹤及位置實(shí)時(shí)匯報(bào)問(wèn)題，提出了基于簇的目標(biāo)跟蹤算法。提出利用簇頭喚醒和休眠節(jié)點(diǎn)跟蹤目標(biāo)，并通過(guò)簇頭構(gòu)建的骨干網(wǎng)實(shí)時(shí)匯報(bào)目標(biāo)位置。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于簇的目標(biāo)跟蹤算法在準(zhǔn)確跟蹤目標(biāo)的同時(shí)，不僅節(jié)省了能耗，也減少了位置匯報(bào)的延時(shí)。
　　4.針對(duì)基于簇的目標(biāo)跟蹤算法所面臨的邊界問(wèn)題，將動(dòng)態(tài)簇思想融入到靜態(tài)簇網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，提出了基

5、于混合簇的目標(biāo)跟蹤算法。在目標(biāo)移動(dòng)過(guò)程，不斷的利用靜態(tài)簇與動(dòng)態(tài)簇輪流跟蹤目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于混合簇的目標(biāo)跟蹤算法有效解決了基于簇的跟蹤算法所面臨的邊界問(wèn)題，并在性能方面優(yōu)于其他經(jīng)典的目標(biāo)跟蹤算法。
　　5.針對(duì)已有目標(biāo)跟蹤算法缺乏系統(tǒng)驗(yàn)證的問(wèn)題，在基于簇的目標(biāo)算法框架下，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了真正的移動(dòng)目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)。此系統(tǒng)包含36個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，一個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)與一個(gè)基站。多次的靜止目標(biāo)定位實(shí)驗(yàn)與移動(dòng)目標(biāo)跟蹤實(shí)驗(yàn)，充分驗(yàn)證了目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)的有效性